Eugeniusz Moczydłowski: Iluminacja doktora Spichkina

Podczas gorącego antarktycznego lata 1980 roku, na stacji im. Henryka Arctowskiego wylądowały dwa śmigłowce Sikor­sky z delegacją rządu USA badającą przestrzeganie postanowień Traktatu Antarktycznego. Szefem dele­gac­ji był oficer w randze komandora. Pilotem jednego ze śmigłowców – Amerykanka polskiego pocho­dze­nia. Jak się okazało, pani porucznik nie była w składzie delegacji jedyną z polskimi korzeniami i zna­jomością języka.

W tym czasie stację Arctowskiego odwiedził także kamandir sowieckiej stacji im. Bellingshausena, Władimir Aleksandrowicz Spichkin. Fizyki z wykształcenia, oceanograf podczas wypraw polarnych, pra­cownik AANI w Leningradzie. Na atomowym lodołamaczu Arktika, w pierw­szym rejsie statku na­wod­nego do Bieguna Północnego, dr Spichkin odpowiadał za rozpoznanie lodowe ekspedycji.

Latarnia morska Arctowski: L Fl W 9s. (Fl. 3s, 8 Nm)
Fot. Eugeniusz Moczydłowski (1980/81)

 

Kierownik stacji Arctowskiego[1] i dr Spichkin przywitali szefa służby hydrologicznej armii Stanów Zjed­no­czonych komandora Howarda, wysiadającego z helikoptera przed „Samolotem” – głównym budyn­kiem stacji.

Stacja antarktyczna im. Henryka Arctowskiego w lecie 2007. Budynek w kształcie samolotu dobrze widoczny.
Arch. Eugeniusz Moczydłowski

 

Gospodarz przedstawił Amerykaninowi swego gościa.
Nawet jak na warunki antarktyczne, gdzie konwe­nan­se i zasady dress code nie obowiązują, scena była osobliwa: komandor Howard w nienagannym mun­durze ze złotymi epoletami, baretkami odznaczeń, itp. i Władek Spichkin – w gumofilcach, burym wacia­ku, grubych okularach, stanowili kontrast nie mniejszy niż okoliczny biały śnieg i czarne skały.
To jednak było małe piwo w porównaniu z tym, co się stało chwilę potem.

Komandor Howard zadał pytanie:

– Czy ty jesteś ten Vladimir Spichkin, który napisał artykuł o przechłodzonych masach wodnych Antarktyki?

Gospodarz, przekonany, że to jakieś nieporozumienie, przetłumaczył pytanie Władkowi, który językiem Szekspira posługiwał się tylko czytając literaturę naukową. I szczęka opadła mu na piersi, bo Władek odpowiedział:

Da, eto ja!

Komandor Howard trzasnął obcasami, wyciągnął rękę do Władka i oświadczył mniej więcej coś takiego:

– Doktorze Spichkin, jestem zaszczycony, że mogę spotkać i wyrazić swoje najwyższe uznanie dla prze­nik­liwości umysłu i szczerze pogratulować tego wspaniałego odkrycia!

Inspekcja dalej przebiegła bez sensacji. Amerykanie nie chwalili się, że wielu świetnie rozumie po pols­ku. Tylko któryś patrząc na obrazek z Polski wiszący na ścianie w labie wykrzyknął po polsku: „Jezu! Przecież stąd pochodzi mój dziadek!” Kierownictwo stacji i goście wznosili toasty „za spotkanie i owoc­ną współpracę” tradycyjną w końcu wyprawy yellow label whisky, czyli spirytusem z sokiem poma­rań­czo­wym na podkładzie przysmaków kuchni polskiej, w genialnym oczywiście wydaniu kucharza Czesia.

Inspekcja przebiegła pomyślnie, komandor Howard w dobrym nastroju wraz z ekipą odlecieli w siną dal. Tylko kierownika stacji im. Arctowskiego zżerała ciekawość, o co chodziło z tymi przechłodzonymi wodami Antarktyki, skoro to coś wywołało ewidentny szok na szczytach naukowej nomenklatury USA.

 

Tu trzeba pokrótce wyjaśnić, czym jest „woda przechłodzona” (ang. supercooled water).

Z lekcji fizyki wiadomo, że woda słodka przy ciśnieniu atmosferycznym 101.325 Pa (czyli 760 mm słupa rtęci) zamarza w temperaturze 0 deg C (tak się to oznacza, żeby uniknąć kłopotliwego znaku °), a woda słona (morska) w temperaturze niższej niż 0 deg C, bo im większe zasolenie tym niższa temperatura za­mar­zania (dlatego zimą drogi posypuje się solą).

Teoretycznie więc, woda osiągając temperaturę krzepnięcia powinna zamarznąć. Jednak w pewnych wa­run­kach bardzo spokojną i bardzo czystą wodę, bardzo powoli można schłodzić poniżej normalnej tem­pe­ra­tury zamarzania (w grę wchodzą dziesiąte i setne części stopnia, stąd wykrywalne to jest tylko precy­zyjną aparaturą) i dalej mieć ją w stanie ciekłym.

Tajemnica tkwi w braku zarodków krystalizacji, od których rozpoczyna się tworzenie kryształów. Nie ma zarodków, więc woda się schładza, ale nie zamarza. Gdy zarodek sie znajdzie – woda zamarza natychmiast. Zarodki mogą być samoistne lub zewnętrzne – np. wrzucenie do przechłodzonej spo­koj­nej wody patyka powoduje, że nagle zamarza ona z hukiem. Znany jest przykład, kiedy w czasie II wojny świa­towej prze­chło­dzeniu uległy wody jeziora Ładoga, Niemcy – nie wiedząc o tym – wpędzili konie do wody, a ta z wiel­kim hukiem w sekundę skrzepła, zamrażając konie w galopie.

Tak więc: w pewnych warunkach, bardzo spokojną i bardzo czystą wodę, bardzo powoli można schło­dzić… Ale wodę w głębi oceanu?

 

W czasie naszych obrad naukowych przy yellow label whisky Władek Spichkin opowiadał swoją historię jak świetny dowcip.

– A wiesz, kiedy jechałem na swoje pierwsze zimowanie z SAE [Sovietskaya Antarkticheskaya Ekspe­di­tsiya], w literaturze naukowej królował temat badania ogromnych mas przechłodzonej wody morskiej zalegającej dokoła całego kontynentu Antarktydy. Rozpisywano się na ten temat na całym świecie. Mogłem sobie wyobrazić niewyobrażalne pieniądze, jakie były wydane na badanie tego osobliwego zjawiska, kontynentalnego w skali i fizycznie w zasadzie niemożliwego.
Gdy statek stanął na stacji badawczej w pobliżu Antarktydy, spuściłem batymetr na dno i pobrałem prób­kę wody. W laboratorium zmierzyłem zasolenie i rzeczywiście! Dla określonego zasolenia, wartość zmie­rzonej temperatury wskazywała, że woda jest przechłodzona! To znaczy powinna zamarznąć, a prze­cież tak się nie stało.
Widzisz, ja jestem fizykiem i wiem doskonale, że to jest niemożliwe. Woda przechłodzona występuje tylko czasem w niezwykle czystych strumieniach o bardzo szybkim przepływie. Można też uzyskać przechłodzenie wody w laboratorium bardzo wolno schła­dzając wodę w zlewce. Ale nie w ogromnych, ruchomych masach wodnych!
Od dawna o tym myślałem i miałem pomysł, który chciałem teraz sprawdzić. Na wlot do batymetru założyłem gęstą siatkę i pobrałem próbkę wody jeszcze raz w tym samym miejscu. Ta sama woda nie była przechłodzona! Panimajesz? Tam na dnie przy ujemnych temperaturach wody tworzą się maleńkie kryształki lodu. Kiedy wyciągniesz taką próbkę, one natychmiast się rozpuszczają w tem­pe­raturze laboratorium i zmniejszają zasolenie wody. Metodyka! Temperatura zmierzona na dnie plus sztucznie zmniejszone zasolenie wody – i masz odpo­wiedź, skąd się biorą nieprzebrane masy przechłodzonych wód wokół Antarktydy!

Od lewej: prof. Andrzej Myrcha i dr Władimir A. Spichkin na stacji im. Bellingshausena (lato 1979/1980)
Fot. Eugeniusz Moczydłowski

 

Władek był bardzo uradowany figlem, jaki spłatał światowej „wielkiej nauce”:

– Napisałem o tym na kilku stroniczkach biuletynu SAE formatu A5  i skończyła się wieloletnia epopeja przechłodzonych mas wodnych Antarktyki. I jak widzisz, Amerykańcy też czytają nasze biuletyny!

 

Blisko 40 lat później znów ukazało się doniesienie o wykryciu przechłodzonych mas wody w Antarktyce: w roku 2011 czterech naukowców chińskich – Shi, Cheng, Jiao i Hou – opubli­ko­wało w chińskim czaso­piś­mie naukowym artykuł pt. „Przechłodzone wody podczas lata na półkuli połud­nio­wej w antar­ktycz­nej Zatoce Prydza[2][3].

Z tekstu artykułu wynika, że badania zasolenia i temperatury były wykonywane sondą CTD. Urządzenie to mierzy in situ temperaturę, ciśnienie (pośrednio – głębokość) i przewodnictwo elektryczne wody, co pozwala określić wielkość zasolenia wody.

Nie wiem, czy mierząc sondą CTD przewodnictwo i wyznaczając w ten sposób zasolenie, można uzyskać taką dokładność wartości zasolenia, która pozwoli określić, że woda była przechłodzona o 0,1-0,16°C? Spytałem więc fizyków morza i czekam na odpowiedź. Intuicja podpowiada mi, że tak precyzyjny wynik jest trudny do uzyskania w metodzie pośredniej. Raczej można go osiągnąć w labo­ratorium.

Nie wiem, czy Chińczycy czytali stronniczki tekstu Spichkina w biuletynie SAE. Pewnie nie, bo nie zamieścili go w bibliografii. Czy mogli popełnić ten sam błąd jak ich koledzy przed laty? Z tekstu nie można o tym przesądzić. Wiele tu niewiadomych poza tym, co w miarę pewne: w fizyce nic się nie zmieniło – uzyskanie przechłodzonej wody jest bardzo trudne.

Co do sond CTD: mają one dużo większą dokładność niż potrzebna do tego pomiaru. Elektroniczny pomiar elektroprzewodności jest standardem. My osiągamy dokładności setnych stopnia i PSU, bez problemu, ale można też osiągnąć większe dokładności – jest to kwestia dobrej sondy no i regularnej kalibracji. Więc z pomiarem nie ma problemu.

 

Spytałem znajomych oceanografów o opinię na temat artykułu Chińczyków:

Z tekstu wynika, ze badania zasolenia i temperatury były wykonywane sondą CTD. Zasolenie jest tu wyznaczane pośrednio poprzez pomiar przewodnictwa. Nie wiemy, czy Chińczycy czytali stro­niczki tekstu Spichkina w biuletynie SAE. Wiem na pewno, że w fizyce nic się nie zmieniło: uzys­ka­nie przechłodzonej wody jest bardzo trudne.
Mam do Was pytania:
Czy mierząc sondą CTD przewodnictwo i wyznaczając w ten sposób zasolenie można uzyskać dokładność wyznaczenia zaso­lenia, która pozwoli określić, że woda była przechłodzona o 0,1-0,16 deg C? Zakładam, że temperatura była wyznaczona dokładnie.
A może taką dokładność wyznaczania zasolenia można uzyskać tylko w laboratorium? Jeśli tak, to istnieje spore prawdopodo­bieństwo, że sytuacja sprzed 40 lat się powtarza.

 

Jeden z zapytanych oceanografów, prosząc o zachowanie anonimowości jego luźnych uwag, odpowie­dział:

Myślę, że jeśli artykuł został przyjęty, to chyba sondy były kalibrowane.

Co do „supercooling”.
Oczywiście możliwe w laboratorium. I w naturze też (podobno). Przecież czytaliśmy o jeziorze, które po wrzuceniu kija natychmiast całe zamarzało. A widziałeś w „The Day After Tomorrow”
[4]? Lód tak szybko zamarzał na morzu, że statek nie nadążał uciekać. Horror. Ale co do wielkich mas „supercooled water” byłbym sceptyczny. Włożenie sondy i batometru powinno spowodować zamarznięcie.

Procesy pod lodowcem (bo o tym piszą autorzy) – dopiero je odkrywamy. Sami w zeszłym roku znaleźliśmy mocno wychłodzoną wodę, ale nie „supercooled”. Powstała (to moja teoria poparta obliczeniami) wskutek kontaktu wody atlantyckiej z lodowcem i topieniu przez tę wodę lodowca. Ale żeby stopić, trzeba dać ciepło do przemian fazowych. I właśnie dlatego ta woda była wychło­dzo­na, ale nie bardziej słodka. Bo nie topiła lodu, a w każdym razie niewiele go topiła, bo naj­pierw musiała oddać utajone ciepło topnienia.
Dlatego niespecjalnie przemawia do mnie opisy­wany mechanizm: najpierw się ochładza, a potem – wskutek dodania słodkiej wody – wypływa. Ale to kwestia obliczeń. Albo innego mechanizmu.

 

Opowiadam tę historię i drążę temat w ramach refleksji na temat uwag o prowadzeniu badań, przed­stawionych ostatnio przez niestru­dzonego profesora Stanisława Rakusę-Suszczewskiego[5]. Bez dwóch zdań: słusznie prawi, jak zwykle i od dawna. Mnie jednak czegoś bardzo brak w ogólnej i powszechnej wizji poznawania polarnej przyrody. Mam przeczucie poparte własnym doświadczeniem, że historii podobnych do Spichkinowego figla, może być w polarnej (i nie tylko) nauce więcej. Zdaję sobie sprawę, że pewnie się mylę.
Ale prze­czu­cie mnie nie opuszcza. I nic na to nie poradzę.

 

Eugeniusz Moczydłowski

Tekst w skróconej wersji opublikowany był na stronie FB „Grupa Bractwo Antarktyczne” 14 marca 2018.

Fotografia na Stronie Głównej: Eugeniusz Moczydłowski

 

= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =

 

Eugeniusz Moczydlowski – doktor nauk biologicznych; jachtowy kapitan żeglugi wielkiej; członek (nr 73) Bractwa Wybrzeża Mesy Kaprów Polskich; członek Bractwa Kaphornowców; przewodniczący Polskiego Towarzystwa Kreacjonistycznego; założyciel i szef spółki „Megas 56” realizującej (od 2009) program „Antarctica-Winter” na zbudowanym przez siebie jachcie r/y Magnus Zaremba do eksploracji wód polarnych.

Brał udział (m.in.): w załodze s/y Konstanty Maciejewicz w „Pierwszej  Studenckiej Wyprawie Oceanicznej Dooko­ła Ameryki Południowej” (1972-1973); w załodze s/y Gedania w 14-miesięcznej wyprawie „Do obu Ameryk” (1975-1976). W 1979-1980 był kierownikiem zimowej grupy IV Wyprawy Antar­ktycz­nej PAN na stacji im. Henry­ka Arctowskiego na Wyspie Króla Jerzego w archipelagu Szetlandy Południowe. W 1986 uczestniczył w 3-mie­sięcz­nej wyprawie naukowej Zakładu Biologii PAN na Spitsbergen. 

Więcej o E.M. w portalach Periplus.pl i Żeglujmy Razem.

Stacja im. Arctowskiego: Autor jako szyper kutra Dziunia (1979-1981)
Arch.. Eugeniusz Moczydłowski


[1] Kierownikiem stacji im. Arctowskiego był wówczas Autor. [przyp. P+]

[2] Zatoka Prydza, Prydz Bay – zatoka u wschodnich wybrzeży Antarktydy. Odkryta w roku 1931, pierwsze bania przeprowadził tam w 1935 Klarius Mikkelsen, kapitan norweskiego wielorybnika Thorshavn. Sfotografowana z powietrza i skartowana pod­czas ekspedycji (1936-1937) norweskiego armatora i polarnika Larsa Christensena. Olaf Prydz był dyrektorem firmy ubez­pie­cze­nio­wej Hvalfangernes Assuranceforening sponsorującej wyprawę.
Nad Zatoką Prydza, w tzw. Oazie Larsemann Hills, znajdują się cztery stacje naukowo-badawcze: chińska Zhongshan, indyjska Bharati, rosyjska Progress i rumuńsko-australijska Law-Racoviţă. Na wschód od nich, w oazie Vestfold Hills, działa australij­ska stacja im. Davisa (Davis Station). Patrz: mapa w tekście.

[3] Shi, Jiuxin and Yaoyao Cheng, Yutian Jiao, Jiaqiang Hou. „Supercooled Water in Austral Summer in Prydz Bay, Antarctica”. Chinese Journal of Oceanology and Limnology. No 29 (2), March 2011, p. 427-437. <https://www.researchgate.net/publication/226004681_Supercooled_water_in_austral_summer_in_Prydz_Bay_Antarctica>

[4] The Day After Tomorrow (Pojutrze). Reż. Roland Emmerich. 20th Century Fox, USA, 2004. W rolach głównych: Dennis Quaid, Jake Gyllenhaal, Emmy Rossum, Sela Ward.

[5] Stanisław Rakusa-Suszczewski (ur. 11 lutego 1938 w Warszawie) – profesor nauk przyrodniczych, polski biolog, oceanolog, polarnik, współtwórca polskiego programu polarnego, założyciel Polskiej Stacji Antarktycznej im. Henryka Arctowskiego na Wyspie Króla Jerzego w Zachodniej Antarktyce, członek korespondent Polskiej Akademii Nauk. [Wikipedia.pl]


Periplus ► powrót na Stronę Główną

© 2017 Frontier Theme